基于遠程控制與人工操作融合技術的新型拖拉機研究

夏 煥，錢東波，岳崇勤，程家鑫

（1.上海市農業機械鑒定推廣站，上海市 201601；2.山東山曄智能裝備有限公司，山東萊州 261423）

1 農業技術的發展背景

自工業革命以來，農業技術經歷了顯著的變革，尤其是在機械化方面。從最初的手工耕作到動力驅動的機械。農業機械化的發展極大地提高了農作物的種植效率和產量。20世紀中后期，隨著電子技術和計算機技術的快速發展，農業機械開始向智能化、自動化方向發展。這一時期，GPS導航、北斗自動導航等技術被應用于農業機械中，極大地提高了農業作業的精確度和效率[1]。進入21世紀，隨著物聯網、大數據和人工智能等新興技術的興起，農業機械的發展進一步加速。這些技術不僅改善了農業機械的操作性能，還使得農業機械能夠更好地適應復雜多變的環境條件，提高了作業的靈活性和適應性。農業機械的智能化不僅限于提高作業效率和精度，還包括了節能減排、環境保護等方面的考慮，這對于實現農業的可持續發展具有重要意義。當前，隨著科技的不斷進步和減廢降碳的深入推進，農業機械化正向更加自動化、智能化、綠色環保的方向發展，為實現現代農業的高效、安全、可持續生產提供了有力支撐[2]。

2 遠程控制與人工操作融合的重要性

遠程控制與人工操作在現代農業機械設計中的融合具有重要意義，它代表了農業機械化向更高級別的技術邁進的關鍵一步。隨著科技的發展，農業機械不僅要求高效率和精確性，還需適應多樣化和復雜的作業環境[3]。遠程控制技術的引入，使得拖拉機等農業機械可以在無需操作人員直接操作的情況下完成農作任務，特別是在惡劣天氣或危險環境下，遠程控制可以顯著提升作業安全性。同時，人工操作的保留確保了在復雜環境下的靈活性和應對突發情況的能力。此外，遠程控制與人工操作的融合還有助于降低勞動強度，提高農業生產的智能化水平。在大數據、人工智能技術的輔助下，這種融合模式能夠實現更高效的資源配置和更精準的農業管理，有助于推動農業生產向可持續、高效率的方向發展。綜上所述，遠程控制與人工操作的結合不僅是技術創新的體現，也是適應現代農業發展需求的必然選擇[4]。

3 設計原理和技術細節

3.1 整體結構

本文設計的新型拖拉機的整體結構考慮了實用性和美觀性。外形尺寸（長×寬×高）僅為3 050 mm×1 500 mm×1 650 mm，這種緊湊的設計使得拖拉機在狹窄空間中也能靈活操作。拖拉機的車體包含巧妙布置在車架頂部的控制艙和發動機罩，這兩者頂部設計為平齊，并且相接處位于油箱正上方。這樣的布局不僅在保證拖拉機高度的基礎上合理利用了車架上方空間，還最大化了控制艙的空間。控制艙內部設有用于切換遙控模式和人工駕駛模式的控制系統，同時，人工駕駛模式的操作界面包括：油門、剎車和方向盤，與普通拖拉機保持一致。除此之外，前進、后退、升降及其他功能的操作也通過電控手柄和蹺板開關來實現。此外，控制艙和發動機罩的設計不僅優化了操作空間，還賦予拖拉機更加美觀的外形。這種設計思路充分展示了在現代農業機械設計中功能性和美觀性的完美結合，展現了現代化農業機械設計的新趨勢（如圖1）。

圖1 整體結構圖

3.2 轉彎結構

在這款拖拉機的轉彎結構設計中，采用了兩個轉向座和雙轉向油缸系統，有效地增強了轉向穩定性。這些轉向座位于車架前端兩側，通過豎向軸線與車架配合轉動，而雙轉向油缸則提供了更加穩定和精確的轉向控制。車架前端設置的V型固定梁，其夾角為118°，優化了前輪的偏轉角度，使得拖拉機即使在狹窄的空間內也能實現良好的轉彎性能。這種設計配套100馬力發動機在不掛載機具時，轉彎半徑僅為2 350 mm，也極大地提升了機器在狹窄環境中的機動性。與100馬力的柴油發動機搭配使用時，這種拖拉機的小轉彎半徑顯著優于傳統的小型拖拉機，從而提供了更高的作業效率和更好的操作體驗。特別適用于設施農業生產。這一創新的轉彎結構設計，充分展現了在提升操作便利性和機械靈活性方面的先進技術應用，為現代農業機械提供了更加高效和適應性強的解決方案。

3.3 遠程控制模塊

在這款遠程控制兼人工操作的拖拉機中，遠程控制模塊的設計與實施是其核心創新之一。電控變速箱位于車架中部，這一策略既考慮到了位于車架后端的后驅動發動機，也照顧到了前端的液壓馬達和轉向油缸，這種布局不僅使得驅動模塊的布置更為緊湊，還有效減少了所需的空間，使得大馬力拖拉機實現了小型化和機動靈活化。這對于遠程控制的實施至關重要。拖拉機的遠程控制主要通過網絡或衛星導航與電控變速箱信號連接，其中包括4G或5G網絡，以及北斗導航系統。操作者可以通過手機APP等客戶端進行遠程操控，實現啟停、前進、后退、轉向、機具升降、剎車和油門控制等功能。為了提高操作的準確性和安全性，作業現場通常配備遠程攝像頭，與手機端APP聯動，操作者可以根據攝像頭反饋的畫面進行精準操控。這種遠程控制模塊的設計不僅提高了作業的靈活性和效率，還為拖拉機在復雜環境中的作業提供了可靠的技術支持。

4 遠程控制與人工操作融合的優勢

4.1 提高農業作業效率

遠程控制兼人工操作的拖拉機在提高農業作業效率方面具有顯著優勢，首先，遠程控制功能使得拖拉機可以在不同環境下進行更加靈活的作業，減少了因地形或天氣條件不佳而導致的作業中斷。操作者通過遠程控制系統可以實時監控和調整拖拉機的作業狀態，從而提高作業的連續性和穩定性[4]。其次，人工操作模式的保留確保了在需要精準操作或應對復雜情況時的高效性。拖拉機的先進設計，如小型化的轉彎半徑和高效的動力輸出，也大幅提升了作業效率。此外，通過電控變速箱和優化的驅動布局，拖拉機能夠更有效地適應不同的作業要求，減少了能源消耗和操作成本[5]。綜合來看，這種拖拉機的設計不僅提高了作業效率，也為農業生產的現代化和智能化發展提供了強有力的技術支持。

此外，遠程控制兼人工操作的拖拉機在提高農業作業效率方面還體現在其對作業時間的優化上。由于能夠遠程操作，拖拉機可以在一天中的不同時間段進行作業，充分利用時間資源，特別是在人工操作不便的夜間或惡劣天氣條件下[6]。這種靈活性大大減少了因環境因素導致的作業延遲，確保了農業生產的連續性和高效性。同時，遠程控制系統的精準性減少了作業過程中的誤操作和重復作業，進一步提高了作業效率[7]。總之，這種拖拉機的技術創新為農業生產提供了更加高效、靈活且可靠的作業方式，有助于推動農業生產的現代化和智能化。

4.2 提升作業安全性

遠程控制兼人工操作的拖拉機在提升農業作業安全性方面發揮著關鍵作用，通過遠程控制系統，操作人員可以在安全的地點對拖拉機進行操作，避免了直接接觸危險環境，如惡劣天氣或復雜地形，從而顯著降低了作業風險。同時，該系統還配備了先進的傳感器和四周避障雷達，能夠實時檢測周圍環境，自動避免潛在的障礙物，進一步提高了作業的安全性[8]。另外，人工操作模式下，拖拉機的設計考慮到了操作者的舒適度和易用性，確保在必要時可以進行精準且安全的操作。綜上所述，這種拖拉機的設計在保障作業安全性的同時，也提高了整體的作業效率，為現代農業的發展提供了有力的技術支持。

此外，遠程控制模塊的實施還顯著提升了作業的安全性，尤其是在復雜或危險的農業作業環境中。通過遠程操控，操作人員無需直接置身于作業環境中，從而極大地減少了由于操作不當或環境風險所帶來的安全隱患。此外，智能化的遙控系統能夠實時監控和調整作業狀態，及時應對突發情況，降低意外事故發生的概率。遠程控制系統的引入，不僅提高了拖拉機作業的安全性，也為農業工作者提供了一個更加安全、便捷的作業環境。

4.3 應對復雜環境的能力

遠程控制兼人工操作的拖拉機在應對復雜環境中展現出卓越的能力，這主要得益于其先進的設計和多功能性。拖拉機采用的電控變速箱和優化的驅動系統使得它能夠在不同地形和不同作業條件下保持高效穩定的性能。例如，在泥濘或不平坦的地面上，拖拉機能夠通過其四驅系統和智能避障功能有效應對挑戰，保持作業的連續性和效率[9]。遠程控制系統使得操作者可以遠離現場，通過網絡或衛星信號實時監控和調整拖拉機的狀態，從而有效應對復雜環境帶來的挑戰。此外，拖拉機的緊湊設計和優化的轉彎半徑也為其在狹小空間中的操作提供了便利。總之，這種拖拉機的設計不僅考慮了作業效率和安全性，還特別注重在復雜環境下的適應性和靈活性，為現代農業提供了強有力的技術支持。

此外，遠程控制兼人工操作的拖拉機在應對復雜環境方面的能力還體現在其對于環境變化的高度適應性無論是在濕滑的土地上，還是在坡度較大的丘陵地帶，拖拉機都能通過其智能傳感系統和靈活的驅動方式保持穩定。特別是在視線受限或難以直接到達的區域，遠程控制功能允許操作員從安全的地點進行精確操控，從而大幅提高作業的可行性和安全性。拖拉機的這些功能使其成為現代農業，特別是在復雜和多變的農業環境中不可或缺的工具。

4.4 人工操作與遠程控制的切換更加靈活

遠程控制兼人工操作的拖拉機在人工操作與遠程控制之間的切換靈活性方面取得了顯著的進展，這一特性對于提高農業生產的效率和安全性至關重要。首先，該拖拉機的設計允許操作者根據具體作業需求在人工操作模式和遠程控制模式之間自由切換。在人工操作模式下，操作者可以像傳統拖拉機一樣使用油門、剎車和方向盤來進行精確的控制，這在需要高度操作精度或處理特殊情況時非常重要。而在遠程控制模式下，操作者可以遠程操控拖拉機，無需直接置身于作業現場，從而避免了危險環境和惡劣天氣對操作員的影響，同時也提高了操作的安全性。其次，這種拖拉機配備了先進的遙控系統，操作者可以通過手機APP等客戶端實現遙控，實時監控和調整拖拉機的狀態。這種遠程遙控功能不僅提高了作業的靈活性，還允許操作者在不同的位置和時間進行操控，極大地提高了作業的連續性和效率。尤其是在需要長時間作業或需要覆蓋大范圍的農田時，遠程控制的優勢尤為顯著。總的來說，遠程控制兼人工操作的拖拉機在人工操作與遠程控制的切換靈活性方面表現出色。這一特性使得拖拉機能夠適應不同的作業需求和環境條件，提高了農業生產的效率和安全性。它代表了現代農業機械設計的創新方向，為農業的可持續發展提供了強大的技術支持。

5 結論

遠程控制兼人工操作的拖拉機在農業機械化領域具有重要的創新意義。這種拖拉機的設計集中體現了現代農業對高效率、安全性和應對復雜環境的需求。通過整合遠程控制和人工操作，拖拉機不僅提高了農業作業的效率和靈活性，還顯著提升了作業安全性，特別是在復雜或危險的環境中。緊湊設計和優化的轉彎半徑使其在狹窄和不規則的農田中表現出色。

遠程控制兼人工操作拖拉機的開發為現代農業機械化提供了一種新的解決方案，不僅提高了作業效率和安全性，也展示了農業機械設計的創新趨勢，為農業的可持續發展提供了強有力的技術支持。